(57)【要約】【課題】            燃料電池用パッキンとして耐薬品性や低抽出性に劣るシリコーンゴムの弱点をカバーするとともに、パッキンを組み込む作業が不要となり、パッキンが所定位置に確実に配設されてシール性に完全を期す。【解決手段】        燃料電池用パッキンをセパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層とシリコーンゴム層の表面に被着された保護層を積層して構成する。燃料電池用パッキンの成形方法として、シリコーンゴムを含むコーティング剤をスクリーン印刷法によりセパレータの周縁部にコーティングしてシリコーンゴム層を形成する工程と、このシリコーンゴム層を加硫してセパレータの周縁部に加硫接着させる工程と、上記シリコーンゴム層の表面にゴムまたは樹脂を含むコーティング剤をスクリーン印刷法によりコーティングして保護層を被着する工程を備える。【選択図】          図６
2006237017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間にパッキンが介在するシール構造であって、上記パッキンがセパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層とシリコーンゴム層の表面に被着された保護層からなることを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項２】
保護層がオレフィン系ゴム層である請求項１に記載の燃料電池のシール構造。
【請求項３】
保護層が樹脂コーティング層である請求項１に記載の燃料電池のシール構造。
【請求項４】
燃料電池の単電池とこの単電池を挟持するセパレータとの間に介在させるパッキンを成形する方法であって、シリコーンゴムを含むコーティング剤をスクリーン印刷法によりセパレータの周縁部にコーティングしてシリコーンゴム層を形成する工程と、このシリコーンゴム層を加硫してセパレータの周縁部に加硫接着させる工程と、上記シリコーンゴム層の表面にゴムまたは樹脂を含むコーティング剤をスクリーン印刷法によりコーティングして保護層を被着する工程とを備えることを特徴とする燃料電池用パッキンの成形方法。
【請求項５】
被着したオレフィン系ゴム層からなる保護層を加硫して、シリコーンゴム層に接着一体化する工程を備える請求項４に記載の燃料電池用パッキンの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池のシール構造およびこれに用いるパッキンの成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、イオン導電性を有するイオン交換樹脂等の膜を高分子電解質膜として用い、この高分子電解質膜を挟んでその両側にカソード電極(正極)とアノード電極(負極)の両電極を配置し、例えば負極側に水素ガス等の燃料ガスを、一方正極側には酸素ガス又は空気等の酸化ガスを供給して電気化学反応を起こさせることにより、燃料ガスのもつ化学エネルギーを電気量に変換して電気を発生させるものである。
【０００３】
このような固体高分子型燃料電池は単セルを複数積層して構成されるが、隣接する単セル間には、電極との間で燃料ガス流路および酸化ガス流路を形成しかつ燃料ガスと酸化ガスを仕切るセパレータが設けられている。そして、電極とセパレータ間は、燃料ガスや酸化ガスが高分子電解質膜の周縁部から漏出しないように気密にガスシールしなければならず、例えば特許文献１には、セパレータの所定位置表面にゴム溶液をスクリーン印刷により塗布して形成された未架橋のゴム薄膜を放射線架橋してゴムパッキンを成形一体化することが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１９６０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のゴムパッキンは、燃料ガスおよび酸化ガスに対するガスシールであり、そのシールは長期間に亘り厳重に保持する必要があり、上記ゴムパッキンとしては耐熱性および圧縮永久歪が優れたシリコーンゴムを主材料として使用する場合がある。しかし、シリコーンゴムは、燃料電池用パッキンに要求される酸や熱水等に対する耐薬品性に劣るほか、シロキサン等を抽出し易い傾向があり低抽出性が劣る問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、耐薬品性や低抽出性に劣るシリコーンゴムの弱点をカバーするとともに、パッキンを組み込む作業が不要となり、パッキンが所定位置に確実に配設されてシール性に完全を期すことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、次の構成を備えるものである。
(１)燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間にパッキンが介在するシール構造であって、前記パッキンがセパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層とシリコーンゴム層の表面に被着された保護層からなる燃料電池のシール構造。
(２)保護層がオレフィン系ゴム層である上記(１)に記載の燃料電池のシール構造。
(３)保護層が樹脂コーティング層である上記(１)に記載の燃料電池のシール構造。
(４)燃料電池の単電池とこの単電池を挟持するセパレータとの間に介在させるパッキンを成形する方法であって、シリコーンゴムを含むコーティング剤をスクリーン印刷法によりセパレータの周縁部にコーティングしてシリコーンゴム層を形成する工程と、このシリコーンゴム層を加硫してセパレータの周縁部に加硫接着させる工程と、上記シリコーンゴム層の表面にゴムまたは樹脂を含むコーティング剤をスクリーン印刷法によりコーティングして保護層を被着する工程とを備える燃料電池用パッキンの成形方法。
(５)被着したオレフィン系ゴム層からなる保護層を加硫して、シリコーンゴム層に接着一体化する工程を備える上記(４)に記載の燃料電池用パッキンの成形方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池本体とセパレータとの間に介在させるシール材を、耐熱性や圧縮永久歪に優れたシリコーンゴム層を主体とし、シリコーンゴムの劣る耐薬品性や低抽出性等の物性については、保護層を形成する材料でカバーするとともに、これら両層をあらかじめセパレータの所定位置表面に積層一体化させたパッキンを構成したので、パッキンを組み込む作業が不要になり、パッキンの変形や位置ずれを生じることなく、燃料電池本体とセパレータ間におけるガスシールを容易かつ確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、固体高分子型燃料電池を構成する単セル１の概略縦断面図であり、通常燃料電池はこの単セル１を複数積層した積層体(図示せず)として構成されている。
【実施例】
【０００９】
図１において、単セル１は、高分子電解質膜２とこの高分子電解質膜２を挟んで両側に配設されるカソード電極３およびアノード電極４とからなる燃料電池本体と、カソード電極３およびアノード電極４にそれぞれ当接するように設けられたセパレータ５,６とにより構成されている。また、カソード電極側セパレータ５の電極３側には酸化ガス供給用の溝７が設けられ、アノード電極側セパレータ６の電極４側には燃料ガス供給用の溝８が設けられ、溝７は図示しない酸化ガス供給管に、溝８は図示しない燃料ガス供給管にそれぞれ連通している。
【００１０】
上記単位セル１において、高分子電解質膜２、カソード電極３およびアノード電極４で構成された単電池(燃料電池本体)の周囲に燃料ガスおよび酸化ガスが漏洩するのを防止するとともに、カソード電極側セパレータ５とアノード電極側セパレータ６との間の絶縁を確保するため、単電池とセパレータ５,６との間に額縁状(ループ状)のパッキン９,９が介在している。本発明においては、図２において一部を拡大して示すように、上記パッキン９が、主体となるシリコーンゴム層１０とその表面に被覆した保護層１１との積層構造であり、これらがあらかじめセパレータ５,６の周縁部表面に直接成形されたうえ、接着一体化されたものである。
【００１１】
すなわち、まずシリコーンゴム層１０は、図３および図４に示すように、セパレータ５(６)の表面に額縁状の透孔１３を有する第１のマスク１２を装填したうえで、マスク上からシリコーンゴムコンパウンドを溶剤により溶解させたゴム溶液を塗布するスクリーン印刷を所定の回数行い、透孔１３を通じてその形状に合致した未加硫のゴム薄膜を形成し、乾燥して上記溶剤を揮発させてから前記ゴム薄膜を加硫する。この加硫は加熱処理、紫外線や電子線照射等により処理を行い、セパレータ５の周縁部に額縁状のシリコーンゴム層１０が加硫接着する。なお、ゴム溶液として液状シリコーンゴムのような液状ゴムを使用する場合には、溶剤で溶解することなく塗布することができる。
【００１２】
次いで、図５および図６に示すように、形成したシリコーンゴム層１０の表面に上記透孔１３より若干大きい寸法の額縁状の透孔１５を有する第２のマスク１４を装填したうえで、マスク上からオレフィン系ゴム(エチレンープロピレンゴム(ＥＰＭ)、エチレンープロピレンージエンゴム(ＥＰＤＭ)など)のゴムコンパウンドを溶剤により溶解させたゴム溶液を塗布するスクリーン印刷を所定の回数行い、透孔１５を通じてその形状に合致した保護層１１を形成し、乾燥して上記溶剤を揮発させてから保護層１１を加硫する。この加硫は加熱処理、紫外線や電子線照射等により処理を行い、シリコーンゴム層の表面に保護層１１が接着一体化する。
【００１３】
そして、保護層１１は、酸や熱水に強く優れた耐薬品性を発揮し、かつシリコーンゴム層からのシロキサン等の抽出を防止する。なお、保護層１１は、上記ゴム溶液の代わりに、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、メラニン樹脂等の樹脂コーティング材を溶剤により溶解させた樹脂溶液を使用して形成し、加熱処理、紫外線や電子線照射等により硬化処理したものでもよく、同様にシリコーンゴムの欠点を是正できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】固体高分子型燃料電池を構成する単セルの概略縦断面図。
【図２】図１の一部拡大断面図。
【図３】シリコーンゴム層の成形工程の一部を示す図。
【図４】セパレータにシリコーンゴム層が一体成形された状態を示す図。
【図５】保護層の成形工程の一部を示す図。
【図６】シリコーンゴム層に保護層が被覆された状態を示す図。
【符号の説明】
【００１５】
１  単セル
２  高分子電解質膜
３  カソード電極
４  アノード電極
５  カソード電極側セパレータ
６  アノード電極側セパレータ
７,８  溝
９,９  パッキン
１０  シリコーンゴム層
１１  保護層
１２  第１のマスク
１３  透孔
１４  第２のマスク
１５  透孔
【図１】
2006237017.tif 000003
【図２】
2006237017.tif 000004
【図３】
2006237017.tif 000005
【図４】
2006237017.tif 000006
【図５】
2006237017.tif 000007
【図６】
2006237017.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月17日(2006.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間に介在されるパッキンであって、上記パッキンがセパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層とシリコーンゴム層の表面に被着された若干大きい保護層からなることを特徴とする燃料電池用パッキン。
【請求項２】
燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間に介在されるパッキンであって、上記パッキンがセパレータの周縁部にスクリーン印刷により形成され、加硫接着して一体に形成されたシリコーンゴム層と上記シリコーンゴム層の表面に被着されたゴムまたは樹脂の保護層からなり、上記保護層は、上記シリコーンゴム層よりも大きい寸法の透孔を持つマスクを使用したスクリーン印刷により形成され、上記シリコーンゴム層に接着一体化されてなることを特徴とする燃料電池用パッキン。
【請求項３】
上記保護層はオレフィン系ゴムからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用パッキン。
【請求項４】
上記保護層はフッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、メラニン樹脂の中から選択される樹脂の１つからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池用パッキン。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池用パッキンに関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、次の構成を備えるものである。
(１)燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間に介在されるパッキンであって、上記パッキンがセパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層とシリコーンゴム層の表面に被着された若干大きい保護層からなる燃料電池用パッキン。
(２) 燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間に介在されるパッキンであって、上記パッキンがセパレータの周縁部にスクリーン印刷により形成され、加硫接着して一体に形成されたシリコーンゴム層と上記シリコーンゴム層の表面に被着されたゴムまたは樹脂の保護層からなり、上記保護層は、上記シリコーンゴム層よりも大きい寸法の透孔を持つマスクを使用したスクリーン印刷により形成され、上記シリコーンゴム層に接着一体化されてなる燃料電池用パッキン。
(３) 上記保護層はオレフィン系ゴムからなる上記（１）または上記（２）に記載の燃料電池用パッキン。
(４) 上記保護層はフッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、メラニン樹脂の中から選択される樹脂の１つからなる上記（１）または上記（２）に記載の燃料電池用パッキン。